汽車和工業設備制造商一般要求電池壽命超過10年，這些制造商還會規定所需的可用電池容量。對于電池系統設計師來說，挑戰就是如何用最小的電池組實現最大的容量。為了實現這個目標，電池系統必須用精準的電子組件仔細控制和監視電池。

大功率電池組系統

用于電動汽車或工業設備的大功率電池組系統由很多串聯疊置的電池組成。一個典型的電池組含有的電池可能有96個之多，就充電至4.2V的鋰離子電池而言，總共能產生超過400V的電壓。

盡管系統將電池組看作單個高壓電池，對電池組中的電池同時充電或放電，但是電池控制系統必須獨立考慮每一個電池的狀態。如果電池組中一個電池的容量比其他電池略低，那么經過多個充電/放電周期之后，其充電狀態（SOC）將逐漸偏離其余的電池。如果這節電池與其余電池的充電狀態沒有周期性地進行均衡，那么該電池最終將進入深度放電狀態，從而損壞，并最終導致電池組故障。因此，必須監視每節電池的電壓，以確定充電狀態。此外，還必須預先采取措施，使電池能單獨充電或放電，以均衡電池之間的充電狀態。

與監視系統通信

電池組監視系統需要考慮的一個重要因素是通信接口。就印刷電路板（PCB）內部的通信而言，常見的選擇包括串行外圍接口（SPI）總線和內置集成電路（I2C）總線。這兩種接口的通信開銷都很低，適合于低干擾環境。

另一種選擇是CAN總線，該接口在汽車應用中得到了廣泛采用。CAN總線非常可靠，具有差錯檢測和容錯能力，但是通信開銷很大，材料成本很高。盡管從電池系統到主CAN總線有一個接口也許是可取的，但在電池組內部，SPI或I2C通信是有利的。

諸如凌力爾特的LTC6802電池組監視器IC等器件測量由多達12節電池組成的電池組的電壓，多個LTC6802可以從電池組的低端到頂端串聯疊置，該器件還有內部開關，允許單節電池放電，以使該電池與電池組中其余電池的容量達到均衡狀態。

為了說明這種電池組架構，我們考慮一個有96節鋰離子電池的系統。監視整個電池組需要8個電池組IC，每個器件都以不同的電壓工作。

采用4.2V鋰離子電池，底端監視器件監視12個電池，電壓從0V至50.4V。下一組電池的電壓范圍為50.4V至100.8V，沿著電池組向上依次類推。

這些器件以不同的電壓工作，它們之間的通信帶來了巨大挑戰。人們已經考慮了各種方法，考慮到系統設計師的側重點不同，每種方法都有各自的優點和缺點。

電池監視的要求

在確定電池監視系統的架構時，至少需要均衡5個主要的要求。這些要求的相對重要性視最終客戶的需求和期望的不同而不同。

1.準確度：為了充分利用最大的電池容量，電池監視器必須是準確的。不過，汽車和工業系統充滿噪聲，電磁干擾存在于很寬的頻率范圍內。準確度有任何損失都將給電池組的壽命和性能帶來負面影響。

2.可靠性：無論使用什么樣的電源，汽車和工業制造商都必須滿足極高的可靠性標準。此外，某些電池的高能量容量和潛在的易變性也是主要的安全隱憂。在保守條件下停機的故障保險系統比較適合災難性電池故障，盡管這種系統有可能不幸使乘客滯留或使生產線暫停。因此，電池系統必須仔細監視和控制，以確保在系統的整個壽命期內實現全面控制。為了最大限度地減少虛假和真實故障，一個良好設計的電池組系統必須保證可靠的通信、采用可最大限度地減少故障的模式和具備故障檢測功能。

3.可制造性：新式汽車中含有種類繁多的電子組件和復雜的布線線束。增加復雜的電子組件和配線以支持電動汽車/混合電動汽車（EV/HEV）電池系統會給汽車制造帶來更多挑戰。必須最大限度地減少組件和連線，以滿足嚴格的尺寸和重量限制，并確保大批量生產是實際可行的。

4.成本：復雜的電子控制系統可能很昂貴。最大限度地減少相對昂貴的組件（如微控制器、接口控制器、電流隔離器和晶體）可以顯著降低系統的總體成本。

5.功率：電池監視器本身也是電池的負載。較低的工作電流可提高系統效率，而當汽車或設備關閉時，較低的備用電流可防止電池過度放電。

電池監視

表1介紹了電池監視系統的4種架構。每種架構都設計為自主的電池監視系統，并假定系統由96個電池組成，12個電池為一組，分成8組（見表1）。每組都有一個至主CAN總線的CAN接口，而且與系統其余部分是電流隔離的。

并聯獨立CAN模塊（圖1）

每個由12個電池組成的模塊都含有一個PC板，板上有1個LTC6802、1個微控制器、1個CAN接口和1個電流隔離變壓器。系統所需的大量電池監視數據使主CAN總線難以應付，因此CAN模塊必須在CAN子網上。CAN子網由一個主控制器協調，該主控制器也為主CAN總線提供網關。